SO2/SOA

Espacio de direcciones de un proceso Yolanda Becerra Fontal Juan José Costa Prats

Facultat d'Informàtica de Barcelona (FIB)

Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) BarcelonaTech 2014-2015 QP

SO2/SOA

• Generación de ejecutables y carga

• Espacios de direcciones

• Espacio lógico de un proceso

• Soporte HW: MMU

• Gestión de memoria en ZeOS

Indice

SO2/SOA

• Evolución de los programas – Lenguaje alto nivel Lenguaje máquina Ejecución

• Fase I i. Compilación: Traducción de lenguaje alto nivel a

código objeto ii. Montaje: Creación de un fichero ejecutable a partir

de 1 o varios ficheros objeto y librerías

• Fase II i. Carga/Ejecución: Carga un fichero ejecutable en

memoria física y da control a la primera instrucción del programa

Generación de ejecutables y carga G

en

era

ció

n d

e e

jecu

tab

les

y ca

rga

SO2/SOA

Etapas G

en

era

ció

n d

e e

jecu

tab

les

y ca

rga

ensamblar

Ficheros fuente Ficheros objeto y librerías Fichero ejecutable

FASE I.i

.asm

.c

.o

.a

.o

.exe editar

FASE I.ii

compilar mo

nta

r

SO2/SOA

Fase de montaje G

en

era

ció

n d

e e

jecu

tab

les

y ca

rga

0: call _f1

1: add ax,#2,bx

2: call _write

.....

50: jump 10

0: /* f1*/

1: add ax, #2,bx

...

40: jump 10

...

70: ret

/* librería */

...

/* write */

100: add ax, #2,bx

...

140: ret

f1.o

f2.o

bib.a

0: call 51

1: add ax,#2,bx

2: call 122

...

50: jump 10

51: add ax,#2,bx

...

91: jump 61

...

121: ret

122: add ax,#2,bx

....

162: ret

+0

+51

+51+71

MONTAJE

Fichero ejecutable

-100

SO2/SOA

• El fichero ejecutable contiene además una cabecera dónde indica qué es código, datos inicializados, memoria necesaria para pila y datos no inicializados

Compilar - Montar G

en

era

ció

n d

e e

jecu

tab

les

y ca

rga

SO2/SOA

• El programa cargador lee un ejecutable y:

– Carga en memoria todo su código y sus datos

• Aunque puede cargar sólo una parte

– Reserva espacio en memoria para pila y datos no inicializados.

Cargador G

en

era

ció

n d

e e

jecu

tab

les

y ca

rga

cargador

Código

Pila

Datos inicializados

Heap (datos)

.exe

SO2/SOA

• Espacio de direcciones lógico del procesador – Rango de direcciones que puede acceder un procesador

– Depende del bus de @

• Espacio de direcciones lógico del proceso – Espacio que ocupa un proceso en ejecución

– Las direcciones que lanza un procesador cuando quiere acceder a datos/código/pila del proceso

– RELATIVAS

• Espacio de direcciones físico del proceso – Direcciones de memoria física asociadas a las direcciones

lógicas

Espacios de direcciones

SO2/SOA

• Regiones

– Código

– Datos (inicializados o no)

– Heap: memoria dinámica

– Pila

Espacio lógico de un proceso Es

pac

io ló

gico

de

un

pro

ceso

Código

Datos

Pila

Memoria

SO2/SOA

• Las direcciones que genera un procesador cuando está ejecutando un proceso son lógicas – Relativas a una dirección 0, igual para todos los

procesos – Pero los datos se guardan en posiciones físicas de

memoria

• Hace falta traducir de direcciones lógicas a físicas – MMU: memory management unit. El hardware

necesario para producir esta traducción

• Puede haber más cosas – Swap o memoria virtual

Espacio lógico de un proceso Es

pac

io ló

gico

de

un

pro

ceso

SO2/SOA

• MMU: memory management unit

– Unidad encargada de traducir las @lógicas a @físicas

Soporte HW: MMU So

po

rte

HW

: M

MU

@1234

MMU @1234

@abcd

@abcd

@dcba

Espacio de memoria lógica

(1 por proceso) Espacio de memoria física

( Total de memoria disponible )

SO2/SOA

• Intel pentium: MMU usa segmentación paginada

– Espacio lógico del proceso dividido en segmentos

– Segmentos divididos en páginas • Tamaño de segmento múltiplo del tamaño de página

• Unidad de trabajo del SO es la página

Segmentación paginada So

po

rte

HW

: M

MU

CPU unidad de

segmentación unidad de paginación

memoria física

@lógica @lineal @física

MMU

SO2/SOA

• Tabla de segmentos

– Para cada segmento: @ base y tamaño

– Una tabla por proceso

Segmentación So

po

rte

HW

: M

MU

CPU @lógica

d

s

límite base

<

no

Excepción: @ ilegal

si + @lineal

Tabla de segmentos

MMU

s

registro de segmento

SO2/SOA

• Tabla de páginas – Para mantener información a nivel de página: validez, permisos de

acceso, marco asociado, etc…. – Una entrada para cada página – Una tabla por proceso

• Suele guardarse en memoria y SO debe conocer la @ base de la tabla de cada proceso (por ejemplo, guardándola en el PCB)

• Procesadores actuales también disponen de TLB (Translation Lookaside Buffer) – Memoria asociativa (cache) de acceso más rápido en la que se

almacena la información de traducción para las páginas activas – Hay que actualizar/invalidar la TLB cuando hay un cambio en la MMU

• Gestión HW del TLB/Gestión Software (SO) del TLB • Muy dependiente de la arquitectura

Paginación So

po

rte

HW

: M

MU

SO2/SOA

Paginación So

po

rte

HW

: M

MU

CPU

MMU

Memoria

#página #marco

TLB

@lógica p d

@física f d

acierto de TLB

f

Tabla de páginas

fallo de TLB

p

Excepción: @ ilegal

SO2/SOA

• Dado un sistema de memoria donde la tp del proceso y el espacio físico del proceso aparece tal y como se indica en la siguiente figura, representa el espacio lógico del proceso, indicando dirección inicial de cada región y nombre de la región.

Ejemplo de traducción So

po

rte

HW

: M

MU

0x100

0x0

0x102

0x0

0x101

Código

Datos

Pila

0x100000 0x100

0x102

0x104

page (4KB)

TP espacio físico

espacio lógico

SO2/SOA

Paginación

• Espacio necesario para las tablas de páginas?

• Tabla de páginas multinivel

– Ahorrar memoria necesaria para las tablas

– Sólo traducción para páginas en uso

• Intel Pentium: 2 niveles

Sop

ort

e H

W:

MM

U

SO2/SOA

• No hay cargador – Ejecutable de usuario se carga en tiempo de boot

• En el código base todos los procesos tienen: – Mismo espacio lógico de direcciones – Misma cantidad de memoria física

• Todos los procesos comparten memoria física del código

• No se explota la segmentación – Sólo se utiliza para implementar protección – Todos los segmentos: misma @base y mismo tamaño

Gestión de memoria en ZeOS G

est

ión

de

me

mo

ria

en

Ze

OS

SO2/SOA

– User mode

– Kernel mode

ZeOS: espacio lógico de direcciones G

est

ión

de

me

mo

ria

en

Ze

OS

User Code

User Data+Stack

Kernel Data +Kernel Stacks

Kernel Code

KERNEL_START

User Code

L_USER_START

DATA_START=L_USER_START+(NUM_PAG_CODE*PAGE_SIZE)

User Data+Stack DATA_END=DATA_START+(NUM_PAG_DATA*PAGE_SIZE)

Incluye task table

L_USER_START

DATA_START=L_USER_START+(NUM_PAG_CODE*PAGE_SIZE)

DATA_END=DATA_START+(NUM_PAG_DATA*PAGE_SIZE)

SO2/SOA

ZeOS: memoria física G

est

ión

de

me

mo

ria

en

Ze

OS User Code

P0:User Data+Stack

Kernel Data +Kernel Stacks

Kernel Code

PH_USER_START

P1:User Data+Stack

P5:User Data+Stack

...

...

memoria física

User Code

User Data+Stack

Espacio de @ de P5 …

…

PAG_LOG_INIT_CODE_P0

PAG_LOG_INIT_DATA_P0

Tabla de páginas cr3

directory

SO2/SOA

typedef union { unsigned int entry; struct { unsigned int present : 1; presente unsigned int rw : 1; permisos unsigned int user : 1; user/supervisor unsigned int write_t : 1; write through/write_back (linux write back) unsigned int cache_d : 1; caching is enable (linux sets this) unsigned int accessed : 1; (reset by OS) unsigned int dirty : 1; (set by OS) unsigned int ps_pat : 1; (page_size: normal or big) unsigned int global : 1; (if set, tlb is not flushed after modifying CR3) unsigned int avail : 3; (not in use) unsigned int pbase_addr : 20; } bits; } page_table_entry;

Atributos por página: entrada TP En

trad

a TP

par

a lin

ux

en

Pe

nti

um